(57)【要約】【課題】原水を第１の逆浸透膜モジュールによって透過水と濃縮水に分離し、排出された濃縮水を第２の逆浸透膜モジュールによって更に透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜装置であって、回収率を一層高めることが出来、しかも、逆浸透膜の損傷のリスクを一層低減することが出来る逆浸透膜装置を提供する。【解決手段】逆浸透膜装置は、第１の逆浸透膜モジュール（１）と第２の逆浸透膜モジュール（２）とを備え、第１の逆浸透膜モジュール（１）から第２の逆浸透膜モジュール（２）へ濃縮水を供給する濃縮水供給ライン（４３）には、濃縮水中の難溶解性物質の濃度を測定する濃度測定器（７）が付設され、かつ、第１の逆浸透膜モジュール（１）の透過水の一部を供給する希釈水ライン（４６）が接続されている。そして、制御装置（８）による希釈水ライン（４６）の制御弁（６３）の制御により、希釈量を調節する様になされている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
難溶解性物質含有の原水を透過水と濃縮水に分離する第１の逆浸透膜モジュールと、当該第１の逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を更に透過水と濃縮水に分離する第２の逆浸透膜モジュールとを備えた逆浸透膜装置であって、前記第１の逆浸透膜モジュールの濃縮水を前記第２の逆浸透膜モジュールへ供給する濃縮水供給ラインと、当該濃縮水供給ラインに付設されて濃縮水中の難溶解性物質の濃度を測定する濃度測定器と、前記第１の逆浸透膜モジュールで分離された透過水の一部を前記濃縮水供給ラインの前記濃度測定器よりも上流側に供給する希釈水ラインと、当該希釈水ラインに付設された制御弁と、当該制御弁の作動を制御する制御装置とを含み、当該制御装置は、前記濃度測定器の測定結果の基づき、前記第２の逆浸透膜モジュールに供給される濃縮水中の難溶解性物質の濃度が所定値以下となる様に、前記希釈水ラインによる透過水の供給量を演算し、前記制御弁の作動を制御する機能を備えていることを特徴とする逆浸透膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜装置に関するものであり、詳しくは、原水を第１の逆浸透膜モジュールによって透過水と濃縮水に分離し、第１の逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を第２の逆浸透膜モジュールによって更に透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
逆浸透膜モジュール（ＲＯ）は、逆浸透膜により原水中に含まれるシリカ等の難溶解性物質の浸透を阻止し、水分のみを透過させて脱塩処理された透過水を得るものであり、逆浸透膜と当該逆浸透膜により区分された２つの領域、すなわち、処理すべき水が供給される供給水領域ならびに分離された透過水を集約する透過水領域とから構成される。斯かる逆浸透膜モジュールは、比較的簡単な構造で且つ小型化し得る純水製造装置として、清涼飲料水の製造などの各種の分野で使用される。
【０００３】
逆浸透膜モジュールを使用した逆浸透膜装置としては、例えば、原水を透過水と濃縮水に分離する第１の逆浸透膜モジュールと、当該第１の逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を更に透過水と濃縮水に分離する第２の逆浸透膜モジュールとを備え、かつ、第１の逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水にスケーリングインヒビター（スケール付着防止剤）を注入する様になされた「純水製造装置」が知られている。
【０００４】
上記の装置においては、第１の逆浸透膜モジュールの濃縮水を廃棄することなしに、スケーリングインヒビター注入後に第２の逆浸透膜モジュールで処理し、そして、その透過水を第１の逆浸透膜モジュールに原水として循環するため、原水の利用率、すなわち、回収率（原水供給量に対する透過水量の比率）を高めることが出来る（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３５７４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の逆浸透膜装置においては、スケーリングインヒビター等の薬剤を添加するため、運転コストが嵩み、また、得られる水が清涼飲料水などの原料として馴染まないと言う問題がある。他方、上記の様な装置においては、後段の第２の逆浸透膜モジュールに溶質濃度の高い濃縮液が供給されるため、スケーリングインヒビターを添加しなかった場合には、当然ながら、第２の逆浸透膜モジュールの膜を損傷する危険がある。
【０００７】
また、第１の逆浸透膜モジュールから第２の逆浸透膜モジュールへ供給される濃縮水中の難溶解性物質の濃度は、最初に供給される原水中の難溶解性物質の濃度によっても変動し、更には、長期稼働による第１の逆浸透膜モジュールの膜の性能低下によっても次第に低くなるため、上記の様な２つのモジュールを使用した逆浸透膜装置においても、高い回収率を維持して運転するのが次第に困難になる。
【０００８】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、原水を第１の逆浸透膜モジュールによって透過水と濃縮水に分離し、第１の逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を第２の逆浸透膜モジュールによって更に透過水と濃縮水に分離する逆浸透膜装置であって、スケーリングインヒビター等の薬剤を添加することなく、回収率を一層高めることが出来、しかも、逆浸透膜の損傷のリスクを一層低減することが出来る様に改良された逆浸透膜装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、第２の逆浸透膜モジュールに供給する第１の逆浸透膜モジュールの濃縮水中の難溶解性物質の濃度を検出すると共に、斯かる濃縮水を難溶解性物質の濃度変動に応じて第１の逆浸透膜モジュールの透過水で希釈し、第２の逆浸透膜モジュールにおける負荷を低減する様にした。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は、難溶解性物質含有の原水を透過水と濃縮水に分離する第１の逆浸透膜モジュールと、当該第１の逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を更に透過水と濃縮水に分離する第２の逆浸透膜モジュールとを備えた逆浸透膜装置であって、前記第１の逆浸透膜モジュールの濃縮水を前記第２の逆浸透膜モジュールへ供給する濃縮水供給ラインと、当該濃縮水供給ラインに付設されて濃縮水中の難溶解性物質の濃度を測定する濃度測定器と、前記第１の逆浸透膜モジュールで分離された透過水の一部を前記濃縮水供給ラインの前記濃度測定器よりも上流側に供給する希釈水ラインと、当該希釈水ラインに付設された制御弁と、当該制御弁の作動を制御する制御装置とを含み、当該制御装置は、前記濃度測定器の測定結果の基づき、前記第２の逆浸透膜モジュールに供給される濃縮水中の難溶解性物質の濃度が所定値以下となる様に、前記希釈水ラインによる透過水の供給量を演算し、前記制御弁の作動を制御する機能を備えていることを特徴とする逆浸透膜装置に存する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る逆浸透膜装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る逆浸透膜装置の一例の基本的な構成を示すフロー図である。
【００１２】
本発明の逆浸透膜装置は、食塩などの電解質、および、シリカ成分や硬度成分などの難溶解性物質を含有する原水、例えば河川水、井水などを逆浸透膜によって処理し、電解質および難溶解性物質の濃度が所定濃度以下の透過水を処理水として得るための装置であり、飲用水、清涼飲料水の製造に好適に使用される。斯かる用途に使用される原水としては、電解質濃度の指標である電気伝導率が５０μＳ／ｃｍ以下の水が適している。
【００１３】
本発明の逆浸透膜装置は、図１に示す様に、上記の電解質および難溶解性物質含有の原水を透過水と濃縮水に分離する第１の逆浸透膜モジュール（１）と、当該第１の逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を更に透過水と濃縮水に分離する第２の逆浸透膜モジュール（２）とを備えている。
【００１４】
第１の逆浸透膜モジュール（１）及び第２の逆浸透膜モジュール（２）の逆浸透膜の素材としては、酢酸セルロース系、ポリアミド系、架橋ポリアミン系、架橋ポリエーテル系、スルホン化ポリスルホン等の素材が挙げられる。また、膜のエレメント構造としては、スパイラル型、中空糸型、チューブラー型などが挙げられる。本発明において、逆浸透膜としては、何れの種類の膜を使用してもよく、そして、市販の膜を適宜選択して使用することが出来る。
【００１５】
本発明の逆浸透膜装置は、原水中の難溶解性物質の濃度変動や第１の逆浸透膜モジュール（１）の膜の性能低下による濃縮水中の難溶解性物質の濃度変化に拘わらず、第２の逆浸透膜モジュール（２）における負荷を一定以下に制限するため、第２の逆浸透膜モジュール（２）へ供給される濃縮水中の難溶解性物質の濃度変化に応じて、第１の逆浸透膜モジュール（１）から排出される濃縮水を第１の逆浸透膜モジュール（１）の透過水により希釈する様になされている。
【００１６】
すなわち、本発明の逆浸透膜装置は、第１の逆浸透膜モジュール（１）の濃縮水を第２の逆浸透膜モジュール（２）へ供給する濃縮水供給ライン（４３）と、濃縮水供給ライン（４３）に付設されて濃縮水中の難溶解性物質の濃度を測定する濃度測定器（７）と、第１の逆浸透膜モジュール（１）で分離された透過水の一部を濃縮水供給ライン（４３）の濃度測定器（７）よりも上流側に供給する希釈水ライン（４６）と、希釈水ライン（４６）に付設された制御弁（６３）と、希釈水ライン（４６）における透過水の流量を調節するために制御弁（６３）の作動を制御する制御装置（８）とを備えている。
【００１７】
より具体的には、図１に示す様に、第１の逆浸透膜モジュール（１）の供給水領域には、ポンプ（３１）を通じて原水を供給する原水供給ライン（４１）と、逆浸透膜を透過することなく難溶解性物質が濃縮された濃縮水を排出すると共に斯かる濃縮水を第２の逆浸透膜モジュール（２）へ供給する上記の濃縮水供給ライン（４３）とが接続され、第１の逆浸透膜モジュール（１）の透過水領域には、当該第１の逆浸透膜モジュールの逆浸透膜により分離された透過水を取り出す透過水取出ライン（４２）が接続される。
【００１８】
また、第２の逆浸透膜モジュール（２）の供給水領域には、第１の逆浸透膜モジュール（１）から排出された濃縮水を供給する上記の濃縮水供給ライン（４３）と、逆浸透膜を透過しなかった濃縮水を排出する濃縮水排出ライン（４５）とが接続され、第２の逆浸透膜モジュール（２）の透過水領域には、当該第２の逆浸透膜モジュールの逆浸透膜により分離された透過水を取り出す透過水取出ライン（４４）が接続される。なお、図に例示した装置においては、第１の逆浸透膜モジュール（１）で得られた透過水と第２の逆浸透膜モジュール（２）で得られた透過水とを一括して取り出すため、第２の逆浸透膜モジュール（２）の透過水取出ライン（４４）は、第１の逆浸透膜モジュール（１）の透過水取出ライン（４２）に連結されている。
【００１９】
第１の逆浸透膜モジュール（１）から第２の逆浸透膜モジュール（２）へ濃縮水を供給する上記の濃縮水供給ライン（４３）には、第２の逆浸透膜モジュール（２）における運転圧力を一定に保つため、通常、バッファタンクとしての貯槽（５）及びポンプ（３２）が配置される。すなわち、濃縮水供給ライン（４３）は、第１の逆浸透膜モジュール（１）の供給水領域から貯槽（５）に至る上流側濃縮水供給ライン（４３ａ）と、貯槽（５）からポンプ（３２）及び第２の逆浸透膜モジュール（２）に至る下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ）とから構成される。そして、上記の濃度測定器（７）は、下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ）に付設され、希釈水ライン（４６）は、透過水取出ライン（４２）の途中から分岐されて濃度測定器（７）よりも上流側の貯槽（５）又は上流側濃縮水供給ライン（４３ａ）（図示した装置においては貯槽（５））に接続される。
【００２０】
上記の下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ）に付設される濃度測定器（７）としては、例えば、日機装株式会社製の７０２８型シリカ計（商品名）等のインライン型の各種測定器が使用される。上記のシリカ計は、シリカ成分を含んだサンプル水にモリブデン酸アンモニウムを添加することにより、モリブデンイエローと呼ばれる発色液を作成し、斯かる発色液にシュウ酸を添加してリン酸の発色を隠ぺいした後、還元剤としてアスコルビン酸を添加してモリブデンブルーと呼ばれる青色の発色液を作成し、次いで斯かる発色液に光を照射してその吸光度を測定することにより、シリカ濃度を演算するものである。また、上記の希釈水ライン（４６）に付設される制御弁（６３）としては、電磁開閉弁を使用することも出来るが、通常は開度調節可能な空気作動や電動機作動のグローブ弁などが使用される。なお、上記の濃度測定器（７）は、貯槽（５）に付設されてもよい。
【００２１】
上記の制御装置（８）は、通常、マイクロコンピュータやプログラムコントローラによって構成される。そして、本発明においては、第２の逆浸透膜モジュール（２）における負荷を低減し、かつ、回収率をより高めるため、制御装置（８）は、濃度測定器（７）の測定結果の基づき、第２の逆浸透膜モジュール（２）に供給される濃縮水中の難溶解性物質の濃度が所定値以下となる様に、希釈水ライン（４６）による透過水の供給量を演算し、制御弁（６３）の作動を制御する機能を備えている。
【００２２】
具体的には、制御装置（８）は、例えば、下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ）に流れる濃縮水におけるシリカ濃度を検出し、シリカ濃度が予め設定された基準値、６０ｐｐｍを越えた場合には、貯槽（５）内の濃縮水のシリカ濃度が前記の基準値以下となる様な希釈量、すなわち、希釈水ライン（４６）により貯槽（５）へ供給する透過水の量（希釈量）を演算し、制御弁（６３）の開度または開閉時間を演算して当該制御弁を作動させる様になされている。なお、上記の基準値としての難溶解性物質の濃度は、必要とされる透過水の純度、逆浸透膜の性能や安全性などを勘案して設定される。
【００２３】
本発明の逆浸透膜装置による処理においては、図１にフローで示す様に、原水供給ライン（４１）から第１の逆浸透膜モジュール（１）に原水を供給して処理し、得られた透過水を透過水取出ライン（４２）から取り出す。一方、第１の逆浸透膜モジュール（１）において膜を透過しなかった濃縮水は、濃縮水排出ライン（４３）（上流側濃縮水供給ライン（４３ａ））から排出すると共に、貯槽（５）に一旦貯留する。そして、貯槽（５）に貯留した濃縮水は、濃縮水供給ライン（４３）（下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ））を通じて第２の逆浸透膜モジュール（２）に供給して更に処理する。
【００２４】
上記の様に貯槽（５）から第２の逆浸透膜モジュール（２）に濃縮水を供給する際、下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ）に付設された濃度測定器（７）は、下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ）における濃縮水中の難溶解性物質の濃度、例えばシリカの濃度を検出する。
【００２５】
そして、第２の逆浸透膜モジュール（２）に供給される濃縮水中のシリカの濃度が予め設定された基準値、例えば６０ｐｐｍを越えている場合、制御装置（８）は、貯槽（５）内の濃縮水に対する希釈量、すなわち、希釈水ライン（４６）により供給する透過水の流量を演算し、制御弁（６３）の開度または開放時間を演算して当該制御弁を作動させ、第１の逆浸透膜モジュール（１）から得られる透過水の一部を貯槽（５）に供給し、貯槽（５）内の濃縮水を希釈する。また、制御装置（８）は、第２の逆浸透膜モジュール（２）に供給される濃縮水中のシリカの濃度が上記の基準値以下になった場合、制御弁（６３）を作動させ、貯槽（５）に対する透過水の供給を停止する。斯かる制御装置（８）の機能により、貯槽（５）内の濃縮水中のシリカ濃度、すなわち、第２の逆浸透膜モジュール（２）に供給される濃縮水中のシリカ濃度は略一定濃度に維持される。
【００２６】
第２の逆浸透膜モジュール（２）においては、上記の様に貯槽（５）にて難溶解性物質の濃度が略所定値に調整され且つ下流側濃縮水供給ライン（４３ｂ）及びポンプ（３２）を通じて供給された濃縮水を処理し、膜を透過させて得られた透過水を透過水取出ライン（４４）へ送出し、膜を透過しなかった濃縮水を濃縮水排出ライン（４５）から排出する。斯かる操作により、難溶解性物質濃度の極めて低い、略純水に等しい水を透過水として透過水取出ライン（４２）から一括して取り出すことが出来る。
【００２７】
本発明の逆浸透膜装置は、上記の様に、第１の逆浸透膜モジュール（１）で原水を処理した後に、第１の逆浸透膜モジュール（１）から排出された濃縮水を更に第２の逆浸透膜モジュール（２）で処理し、第１の逆浸透膜モジュール（１）及び第２の逆浸透膜モジュール（２）の両方から精製された水を透過水として得るため、原水の利用効率を高め、回収率を一層高めることが出来る。
【００２８】
そして、本発明の逆浸透膜装置は、第２の逆浸透膜モジュール（２）に供給する第１の逆浸透膜モジュール（１）の濃縮水中の難溶解性物質の濃度を濃度測定器（７）により検出すると共に、濃縮水中の難溶解性物質の濃度変動に応じて第２の逆浸透膜モジュール（２）に供給する濃縮水を希釈し、斯かる濃縮水中の難溶解性物質の濃度を所定値以下にコントロールするため、第１の逆浸透膜モジュール（１）から難溶解性物質の濃度の高い濃縮液が排出された場合でも、スケールの付着による第２の逆浸透膜モジュール（２）の逆浸透膜の劣化および損傷を低減することが出来る。その結果、本発明の逆浸透膜装置は、高い回収率を維持して安定稼働させることが出来る。
【００２９】
換言すれば、従来の逆浸透膜装置においては、原水に含まれる難溶解性物質の濃度変化や、逆浸透膜の性能低下による濃縮倍率の変化を見込むことなく、スケーリングの発生に対して最も安全な条件で、すなわち、最も悪い条件で回収率を設計していたのに対し、本発明の逆浸透膜装置においては、スケールの付着による第２の逆浸透膜モジュール（２）の逆浸透膜の劣化および損傷を低減し得ると共に、常に刻々と変化する最高の回収率を得ながら運転することが出来る。
【００３０】
【実施例】
実施例１：
図１に示す構成の逆浸透膜装置を使用し、ＳｉＯ２含有量２６．５ｐｐｍの原水を処理した。第１の逆浸透膜モジュール（１）及び第２の逆浸透膜モジュール（２）の各逆浸透膜は、シリカ阻止率が９９．７％の膜であった。制御弁（６３）として開度調整機構付き電動ボール弁を使用し、希釈水ライン（４６）により貯槽（５）に第１の逆浸透膜モジュール（１）の透過水を希釈水として供給する様にした。その場合、制御装置（８）における設定により、濃度測定器（７）にて測定したＳｉＯ２濃度が６０ｐｐｍを越えた際に制御弁（６３）を開操作し、ＳｉＯ２濃度が６０ｐｐｍ以下になる様に制御弁（６３）の開度調整をした。
【００３１】
処理にあたり、ポンプ（３１）及びポンプ（３２）の吐出量の調整により、原水供給量は８２０Ｌ／ｈ、第１の逆浸透膜モジュール（１）における透過水量は５００Ｌ／ｈ、透過水の回収率は６０．９％、濃縮水量は３２０Ｌ／ｈとし、第２の逆浸透膜モジュール（２）における透過水量は２００Ｌ／ｈ、透過水の回収率は５０％として運転を行なった。
【００３２】
その結果、第１の逆浸透膜モジュール（１）からＳｉＯ２濃度０．１４ｐｐｍの透過水が５００Ｌ／ｈ、ＳｉＯ２濃度６６．３ｐｐｍの濃縮水が３２０Ｌ／ｈが得られた。濃度測定器（７）にてＳｉＯ２濃度が設定値を越えたため、制御機構（８）の指示により制御弁（６３）が開閉し、平均流量５８Ｌ／ｈで第１逆浸透膜モジュール（１）の透過水が貯槽（５）に流入した。第２の逆浸透膜モジュール（２）には、ＳｉＯ２濃度５９〜６０ｐｐｍに希釈された第１逆浸透膜モジュール（１）の濃縮水が供給され、第２の逆浸透膜モジュール（２）からは、ＳｉＯ２濃度０．２９ｐｐｍの透過水が２００Ｌ／ｈが得られた。この場合の回収率は７７．１％であった。そして、１２時間経過後においても、第１の逆浸透膜モジュール（１）及び第２の逆浸透膜モジュール（２）とも各膜の閉塞はなく、回収率にも変化は見られなかった。
【００３３】
実施例２：
実施例１の装置を利用し、第１逆浸透膜モジュール（１）のみ長期使用によりシリカ阻止率が９３％に低下していた点を除き、実施例１と同様の条件で原水を処理した。その結果、第１の逆浸透膜モジュール（１）からはＳｉＯ２濃度３．１ｐｐｍの透過水が５００Ｌ／ｈ、ＳｉＯ２濃度６３ｐｐｍの濃縮水が３２０Ｌ／ｈ得られた。濃度測定器（７）にてＳｉＯ２濃度が設定値を越えたため、制御機構（８）の指示により制御弁（６３）が開閉し、平均流量１６Ｌ／ｈで第１逆浸透膜モジュール（１）の透過水が貯槽（５）に流入した。第２の逆浸透膜モジュール（２）には、ＳｉＯ２濃度５９〜６０ｐｐｍに希釈された第１逆浸透膜モジュール（１）の濃縮水が供給され、ＳｉＯ２濃度０．２９ｐｐｍの透過水が２００・／ｈが得られた。この場合の回収率は７９．５％であった。そして、１２時間経過後においても、第１の逆浸透膜モジュール（１）及び第２の逆浸透膜モジュール（２）とも各膜の閉塞はなく、回収率にも変化は見られなかった。
【００３４】
比較例１：
実施例１の装置を使用し、制御弁（６３）を常時閉止し且つ制御装置（８）を作動させなかった点を除き、実施例１と同様の条件で原水を処理した。その結果、処理開始当初は第１の逆浸透膜モジュール（１）からＳｉＯ２濃度０．１４ｐｐｍの透過水が５００Ｌ／ｈ得られ、第２の逆浸透膜モジュール（２）からＳｉＯ２濃度０．３０ｐｐｍの透過水が１６０Ｌ／ｈ得られたが、３３０時間経過後は第２の逆浸透膜モジュール（２）において膜が閉塞し、全体の回収率が７１．３％に低下した。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の逆浸透膜装置によれば、第１の逆浸透膜モジュール及び第２の逆浸透膜モジュールから透過水を得ることが出来、かつ、第２の逆浸透膜モジュールに供給する濃縮水中の難溶解性物質の濃度変動に応じて第２の逆浸透膜モジュールに供給する濃縮水を希釈し、第２の逆浸透膜モジュールにおいて処理する濃縮水中の難溶解性物質の濃度を所定値以下にコントロールするため、スケールの付着による第２の逆浸透膜モジュール（２）の逆浸透膜の劣化および損傷を低減し得ると共に、常に刻々と変化する最高の回収率を得ながら運転することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る逆浸透膜装置の一例の基本的な構成を示すフロー図である。
【符号の説明】
１  ：第１の逆浸透膜モジュール
２  ：第２の逆浸透膜モジュール
３１：ポンプ
３２：ポンプ
４１：原水供給ライン
４２：透過水取出ライン
４３：濃縮水供給ライン
４４：透過水取出ライン
４５：濃縮水排出ライン
４６：希釈水ライン
５  ：貯槽
６３：制御弁
７  ：濃度測定器
８  ：制御装置
【図１】
2005007337.tif 000003